CN110535101A - 一种无局放变频电源的保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无局放变频电源的保护装置，其可实现满足变频电源自身的快速保护以及发生故障时对被试设备的保护；其包括顺序连接的三相电源、开关设备、三相整流单元以及桥式放大单元，所述桥式放大单元与正弦波信号源相连接，在所述三相整流单元、桥式放大单元之间连接有直流保护单元，所述直流保护单元包括形成闭环连接的磁环传感器模块、快速晶闸管控制模块、晶闸管VT1，所述晶闸管VT1连接于所述三相整流单元的输出负极端与所述桥式放大单元之间，且所述磁环传感器模块连接于所述三相整流单元的输出负极。

Description

一种无局放变频电源的保护装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种无局放变频电源的保护装置。
背景技术
无局放变频电源主要是用于电力相关行业中的变压器、电力电缆、GIS装置、高压开关等进行局部放电及交流耐压试验，且局部放电试验对试验电源的要求比较高，要求其电压波形的失真度小于2％，同时要求输出电压中的高频信号引起的局部放电量干扰不能大于50pC，所以无局放变频电源采用的原理是使用桥式放大电路将频率和幅度可调的标准正弦波信号源放大到满足试验功率要求；而在局部放电试验或者耐压试验中会出现各类故障，例如被试品被击穿，这就要求无局放变频电源具有快速准确的保护能力，一方面要求保护被试品，另一方面要求保护设备自身，但现有的无局放变频电源的保护装置比较单一，且保护速度响应比较慢，无法满足在试验过程中一旦出现故障需要立即保护的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种无局放变频电源的保护装置，其可实现满足变频电源自身的快速保护以及发生故障时对被试设备的保护。
一种无局放变频电源的保护装置，其技术方案是这样的：其包括顺序连接的三相电源、开关设备、三相整流单元以及桥式放大单元，所述桥式放大单元与正弦波信号源相连接，其特征在于：在所述三相整流单元、桥式放大单元之间连接有直流保护单元，所述直流保护单元包括形成闭环连接的磁环传感器模块、快速晶闸管控制模块、晶闸管VT1，所述晶闸管VT1连接于所述三相整流单元的输出负极端与所述桥式放大单元之间，且所述磁环传感器模块连接于所述三相整流单元的输出负极。
其进一步特征在于：
其还包括保护模块，所述保护模块包括模拟开关模块，所述模拟开关模块连接于所述桥式放大单元、正弦波信号源之间，所述模拟开关模块与所述电流检测模块相连接，所述电流检测模块连接于所述无局放变频电源的输出端；
所述磁环传感器模块采用具有磁环的传感器L1；所述快速晶闸管控制模块包括电容C1～C4、电阻R1～R4、二极管D1、D2、晶闸管KK1、KK2，所述电阻R1的一端连接所述二极管D1的正极，所述电阻R1的另一端连接于所述三相整流单元输出的直流正极端，所述二极管D1的负极与所述晶闸管KK1的阳极、电容C1、电阻R2的一端均相连接，所述晶闸管KK1的阴极连接于所述三相整流单元输出的直流负级端，且所述晶闸管KK1的阴极与所述传感器L1的一端、所述晶闸管KK2的阴极均相连接，所述晶闸管KK1的控制极经所述电阻R4后与所述传感器L1的另一端相连接，所述晶闸管KK2的阳极与所述二极管D2的负极、电阻R3的一端、电容C4的一端均相连接，所述电容C4的另一端连接所述电容C3的一端，所述电容C1的另一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2、C3、电阻R2、R3的另一端以及所述二极管D2的正极均相连接；
所述模拟开关模块包括集成芯片IC1，所述集成芯片IC1的型号是UPD5201，所述集成芯片IC1的1脚连接于所述电流检测模块，所述集成芯片IC1的2脚连接于所述桥式放大单元，所述集成芯片IC1的3脚连接于所述正弦波信号源；
所述电流检测模块包括光耦合器IC2、IC3、电位器RP1、电阻R5～R10、蜂鸣器BZ1、继电器RLY1、三极管Q1、二极管D3，所述电位器RP1的一端与所述电阻R7的一端、光耦合器IC3的2脚均相连接，所述电位器RP1的另一端和第三端、所述电阻R7的另一端、所述电阻R8的一端均相连接，所述电阻R8的另一端与所述光耦合器IC3的1脚相连接，所述光耦合器IC3的4脚连接电源VCC，所述光耦合器IC3的3脚经所述电阻R9后与所述电阻R10的一端、三极管Q1的基极均相连接，所述电阻R10的另一端与所述三极管Q1的发射极相连后接地，所述三极管Q1的集电极与所述蜂鸣器BZ1、电阻R6的一端、二极管D3的正极、继电器RLY1线圈的一端均相连接，所述蜂鸣器BZ1、继电器RLY1线圈的另一端、二极管D3的负极相连后接电源VDD，所述光耦合器IC3的2脚与所述电阻R6的另一端相连接，所述光耦合器IC3的1脚接所述电源VDD，所述光耦合器IC3的3脚接地，所述光耦合器IC3的4脚连接所述电阻R5的一端以及所述集成芯片IC1的1脚，所述电阻R5的另一端连接所述电源VCC，所述无局放变频电源的输出端连接于所述电位器RP1两端之间。
本发明的有益效果是，三相电源进开关设备后接入三相整流单元，三相整流单元输出直流电源经滤波之后给桥式放大单元提供电源，桥式放大单元将正弦波信号源的频率与幅值均可调的正弦信号放大至所需要的功率，在三相整流单元、桥式放大单元之间连接有直流保护单元，则在无局放变频电源正常工作时，三相整流单元、桥式放大单元之间流经的是直流电源，磁环传感器模块无信号输出，当发生故障时，磁环传感器模块将检测到的故障信号传送至快速晶闸管控制模块，以控制关断晶闸管VT1，从而快速切断桥式放大单元的直流电源，有效保护无局放变频电源本身与被试设备。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是直流保护单元的结构示意图；
图3是保护模块的结构示意图；
图4是磁环传感器模块的电路示意图；
图5是快速晶闸管控制模块的电路原理图；
图6是模拟开关模块的电路原理图；
图7是电流检测模块的电路原理图。
具体实施方式
如图1～图7所示，本发明包括顺序连接的三相电源1、开关设备2、三相整流单元3以及桥式放大单元4，三相电源1、开关设备2、三相整流单元3以及桥式放大单元4均为现有部件及现有电路，不再赘述，开关设备2可选用断路器、隔离开关等；桥式放大单元4与正弦波信号源5相连接，在三相整流单元3、桥式放大单元4之间连接有直流保护单元6，直流保护单元6包括形成闭环连接的磁环传感器模块7、快速晶闸管控制模块8、晶闸管VT1，磁环传感器模块7采用具有磁环11的传感器L1，且该具有磁环的传感器输出连接于快速晶闸管控制模块8，晶闸管VT1连接于三相整流单元3的输出负极端与桥式放大单元4之间，且磁环传感器模块7连接于三相整流单元3的输出负极。
图2中，DC+代表三相整流单元3输出的直流正级，DC-代表三相整流单元3输出的直流负级，晶闸管VT1相当于可以控制的单相导电开关，在无局放变频电源正常工作时，晶闸管VT1导通，三相整流单元3、桥式放大单元4之间流经的电流通过晶闸管VT1，当发生故障电流突变时，关闭晶闸管VT1可以快速关断三相整流单元3、桥式放大单元4之间回路。
其还包括保护模块，保护模块包括模拟开关模块9，模拟开关模块9连接于桥式放大单元4、正弦波信号源5之间，模拟开关模块9与电流检测模块10相连接，电流检测模块10连接于无局放变频电源的输出端。
快速晶闸管控制模块8包括电容C1～C4、电阻R1～R4、二极管D1、D2、晶闸管KK1、KK2，电阻R1的一端连接二极管D1的正极，电阻R1的另一端连接于三相整流单元输出的直流正极端，二极管D1的负极与晶闸管KK1的阳极、电容C1、电阻R2的一端均相连接，晶闸管KK1的阴极连接于三相整流单元输出的直流负级端，且晶闸管KK1的阴极与传感器L1的一端、晶闸管KK2的阴极均相连接，晶闸管KK1的控制极经电阻R4后与传感器L1的另一端相连接，晶闸管KK2的阳极与二极管D2的负极、电阻R3的一端、电容C4的一端均相连接，电容C4的另一端连接电容C3的一端，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2、C3、电阻R2、R3的另一端以及二极管D2的正极均相连接。
模拟开关模块9包括集成芯片IC1，集成芯片IC1的型号是UPD5201，集成芯片IC1的1脚连接于电流检测模块10，即集成芯片IC1的1脚作为电流检测模块10控制输入；集成芯片IC1的2脚连接于桥式放大单元4，即集成芯片IC1的2脚作为输出端；集成芯片IC1的3脚连接于正弦波信号源5，即集成芯片IC1的3脚作为正弦波信号源5的频率与幅值均可调的正弦信号输入。
电流检测模块10包括光耦合器IC2、IC3、电位器RP1、电阻R5～R10、蜂鸣器BZ1、继电器RLY1、三极管Q1、二极管D3，电位器RP1的一端与电阻R7的一端、光耦合器IC3的2脚均相连接，电位器RP1的另一端和第三端、电阻R7的另一端、电阻R8的一端均相连接，电阻R8的另一端与光耦合器IC3的1脚相连接，光耦合器IC3的4脚连接电源VCC，光耦合器IC3的3脚经电阻R9后与电阻R10的一端、三极管Q1的基极均相连接，电阻R10的另一端与三极管Q1的发射极相连后接地，三极管Q1的集电极与蜂鸣器BZ1、电阻R6的一端、二极管D3的正极、继电器RLY1线圈的一端均相连接，蜂鸣器BZ1、继电器RLY1线圈的另一端、二极管D3的负极相连后接电源VDD，光耦合器IC3的2脚与电阻R6的另一端相连接，光耦合器IC3的1脚接电源VDD，光耦合器IC3的3脚接地，光耦合器IC3的4脚连接电阻R5的一端以及集成芯片IC1的1脚，电阻R5的另一端连接电源VCC，无局放变频电源的输出端连接于电位器RP1两端之间。
其中，图7中，P1、P2均表示连接端，P1的两端与继电器RLY1的常闭触点两端相连接，P1用以表示电流检测模块10发出保护开关量信号Ⅱ的连接端；P2用以表示电流检测模块10的输入端，也就是无局放变频电源的输出端。
在本发明中，三相电源1进开关设备2后接入三相整流单元3，三相整流单元3输出直流电源经滤波之后给桥式放大单元4提供电源，桥式放大单元4将正弦波信号源5的频率与幅值均可调的正弦信号放大至所需要的功率，在三相整流单元3、桥式放大单元4之间连接直流保护单元6，则在无局放变频电源正常工作时，三相整流单元3、桥式放大单元4之间流经的是直流电源，磁环传感器模块7无信号输出，当发生故障尤其是当被试设备被击穿电流突变时，磁环传感器模块7将检测到的故障信号传送至快速晶闸管控制模块8，以控制关断晶闸管VT1，从而快速切断桥式放大单元4的直流电源，有效保护无局放变频电源本身与被试设备，而关断晶闸管VT1的时间只需十几微秒；同时，磁环传感器模块7与开关设备2相连接，则当无局放变频电源发生故障或者被试设备被击穿电流发生突变时，除了迅速切断送入桥式放大单元4的直流电源之外，磁环传感器模块7还可给出一个保护开关量信号Ⅰ以控制开关设备2，开关设备2接收到保护开关量信号Ⅰ后可立即切断以实现切断外部供电，并通过蜂鸣器BZ1发出报警警示信号。
图3中，当无局放变频电源发生故障且其输出电流超过正常值时，桥式放大单元4仍旧处于放大状态，此时仍可以流经很大的电流，仅仅依靠切断直流供电电源是无法保证桥式放大单元4不损坏的，则通过切断信号源的方式，即模拟开关模块9由电流检测模块10控制，通过电流检测模块10实时检测无局放变频电源的输出电流，一旦其输出电流大于无局放变频电源的正常工作范围时，电流检测模块10给出信号以控制模拟开关模块9断开，切断送入桥式放大单元4的正弦波信号源5的频率与幅值均可调的正弦信号，这样从源头就可切断无局放变频源的输出，以保护无局放变频电源自身与被试设备；同时，电流检测模块10与开关设备2相连接，则在无局放变频电源的输出电流过大时，电流检测模块10除了给出信号断开模拟开关模块9之外，同样还给出一个保护开关量信号Ⅱ以控制开关设备2，开关设备2接收到保护开关量信号Ⅱ后可立即切断以实现切断外部供电，并通过蜂鸣器BZ1发出报警警示信号。
综上，本发明可通过4种保护方式实现无局放变频电源本身的保护以及当被试设备发生击穿电流突变时对被试设备的保护，即通过晶闸管VT1配合磁环传感器模块7实现十几微秒内快速关断故障大电流(也就是桥式放大单元4的直流供电部分)，解决了现有故障时机械传动关断大电流速度慢的缺点；同时，断开无局放变频电源的外部供电(也就是断开开关设备2)，实现无局放变频电源的快速保护，而这种保护尤其适用于被试设备发生击穿电流瞬间突变的情况；另外地，当无局放变频电源输出电流超出正常范围时，可立刻采取切断正弦波信号源5，从源头切断无局放变频电源的输出，防止桥式放大单元4内部件损坏；以及同时切断无局放变频电源的外部供电(也就是断开开关设备2)，而这种保护尤其适用于无局放变频电源的输出电流增大到超出正常范围的情况；则通过这4种保护方式，可有效实现满足无局放变频电源自身的快速保护以及发生故障时对被试设备的保护。

Claims (5)

1.一种无局放变频电源的保护装置，其包括顺序连接的三相电源、开关设备、三相整流单元以及桥式放大单元，所述桥式放大单元与正弦波信号源相连接，其特征在于：在所述三相整流单元、桥式放大单元之间连接有直流保护单元，所述直流保护单元包括形成闭环连接的磁环传感器模块、快速晶闸管控制模块、晶闸管VT1，所述晶闸管VT1连接于所述三相整流单元的输出负极端与所述桥式放大单元之间，且所述磁环传感器模块连接于所述三相整流单元的输出负极。
2.根据权利要求1所述的一种无局放变频电源的保护装置，其特征在于：其还包括保护模块，所述保护模块包括模拟开关模块，所述模拟开关模块连接于所述桥式放大单元、正弦波信号源之间，所述模拟开关模块与所述电流检测模块相连接，所述电流检测模块连接于所述无局放变频电源的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种无局放变频电源的保护装置，其特征在于：所述磁环传感器模块采用具有磁环的传感器L1；所述快速晶闸管控制模块包括电容C1～C4、电阻R1～R4、二极管D1、D2、晶闸管KK1、KK2，所述电阻R1的一端连接所述二极管D1的正极，所述电阻R1的另一端连接于所述三相整流单元输出的直流正极端，所述二极管D1的负极与所述晶闸管KK1的阳极、电容C1、电阻R2的一端均相连接，所述晶闸管KK1的阴极连接于所述三相整流单元输出的直流负级端，且所述晶闸管KK1的阴极与所述传感器L1的一端、所述晶闸管KK2的阴极均相连接，所述晶闸管KK1的控制极经所述电阻R4后与所述传感器L1的另一端相连接，所述晶闸管KK2的阳极与所述二极管D2的负极、电阻R3的一端、电容C4的一端均相连接，所述电容C4的另一端连接所述电容C3的一端，所述电容C1的另一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2、C3、电阻R2、R3的另一端以及所述二极管D2的正极均相连接。
4.根据权利要求1所述的一种无局放变频电源的保护装置，其特征在于：所述模拟开关模块包括集成芯片IC1，所述集成芯片IC1的型号是UPD5201，所述集成芯片IC1的1脚连接于所述电流检测模块，所述集成芯片IC1的2脚连接于所述桥式放大单元，所述集成芯片IC1的3脚连接于所述正弦波信号源。
5.根据权利要求4所述的一种无局放变频电源的保护装置，其特征在于：所述电流检测模块包括光耦合器IC2、IC3、电位器RP1、电阻R5～R10、蜂鸣器BZ1、继电器RLY1、三极管Q1、二极管D3，所述电位器RP1的一端与所述电阻R7的一端、光耦合器IC3的2脚均相连接，所述电位器RP1的另一端和第三端、所述电阻R7的另一端、所述电阻R8的一端均相连接，所述电阻R8的另一端与所述光耦合器IC3的1脚相连接，所述光耦合器IC3的4脚连接电源VCC，所述光耦合器IC3的3脚经所述电阻R9后与所述电阻R10的一端、三极管Q1的基极均相连接，所述电阻R10的另一端与所述三极管Q1的发射极相连后接地，所述三极管Q1的集电极与所述蜂鸣器BZ1、电阻R6的一端、二极管D3的正极、继电器RLY1线圈的一端均相连接，所述蜂鸣器BZ1、继电器RLY1线圈的另一端、二极管D3的负极相连后接电源VDD，所述光耦合器IC3的2脚与所述电阻R6的另一端相连接，所述光耦合器IC3的1脚接所述电源VDD，所述光耦合器IC3的3脚接地，所述光耦合器IC3的4脚连接所述电阻R5的一端以及所述集成芯片IC1的1脚，所述电阻R5的另一端连接所述电源VCC，所述无局放变频电源的输出端连接于所述电位器RP1两端之间。
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